Sổ tay thủy văn cầu đường - TÍNH TOÁN THUỶ LỰC CÔNG TRÌNH CẦU TRONG TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT part 4 doc

Khi bố trí cầu ở gần cửa núi thì vị trí cầu phải đối diện với cửa núi đồng thời dùng kè bó dòng nối liền từ cửa núi tới cầu và kéo dài thêm một đoạn xuống hạ lưu để tránh dòng nước bị kh

Nếu bố trí vị trí cầu ở giữa quạt bồi đối diện với cửa núi thì do quạt bồi ở giữa cao, hai bên thấp, nước sẽ dồn vào chỗ trũng nên việc thoát nước qua cầu rất ít tác dụng và nước đọng ở chỗ trũng không tiêu được Nếu vị trí cầu đặt ở chỗ thấp về hai phía quạt bồi, dòng chủ thường thường xói thẳng vào nền đường, ảnh hưởng tới an toàn của tuyến đường Do đó tốt nhất nên tránh khu vực quạt bồi Nếu do điều kiện bắt buộc phải đặt vị trí cầu trên quạt bồi tích thì cần có công trình kiên cố, không cho lưu lượng thay đổi và lòng chủ

di chuyển Khi bố trí cầu ở gần cửa núi thì vị trí cầu phải đối diện với cửa núi đồng thời dùng kè bó dòng nối liền từ cửa núi tới cầu và kéo dài thêm một đoạn xuống hạ lưu để tránh dòng nước bị khuếch tán sau khi chảy qua cầu, làm cho phù sa bồi ở cạnh khẩu độ cầu Chiều cao kè bó dòng ngoài việc căn cứ vào mực nước thiết kế bình thường còn cần phải căn cứ vào tài liệu điều tra để xét tới tình hình bồi của lòng sông sau này

Độ dốc cân bằng chuyển cát lòng sông sau khi ngừng bồi tích, có thể dùng độ dốc của đoạn không bị bồi tích gần đó Khi khảo sát thiết kế phải dựa vào tài liệu điều tra được, xác định độ dốc cân bằng chuyển cát dòng sông và đường mặt nước, đồng thời cần thêm một độ cao an toàn thích đáng

để xác định cao độ đỉnh đập Kích thước mặt cắt kè thắt nước có thể tham khảo số liệu liên quan ở chương VII hoặc các tài liệu khác để thiết kế; mặt

kè tiếp xúc với nước cần xét tới xói mặt dốc và lỗ chân kè, căn cứ lưu tốc lớn nhỏ mà tiến hành thiết kế phòng hộ

Khi cầu cách cửa núi tương đối xa, nếu dùng biện pháp làm kè bó dòng nối tới cửa núi thì rõ ràng không hợp lý về kỹ thuật và kinh tế thì có thể dùng phương án nhiều cầu qua các chi lưu chính Lúc này tuyến đường phải thẳng góc với quạt bồi, tức là tuyến đường phải song song với đường đồng mức có góc chuyển hướng bằng góc khuếch tán dòng nước (xem hình 5-5) Vị trí tuyến đường như vậy rất tiện cho việc xử lý vấn đề điều tiết dòng nước đồng thời làm cho chỗ trũng không bị bồi tích

Hình

5-5

Kè điều tiết

Ở giữa vị trí cầu có thể bố trí kè hướng dòng bịt kín kiểu chữ nhân

(), Kè hướng dòng 2 bên cần kéo dài ra ngoài đường tràn ngập thiết kế,

chiều cao và mặt cắt kè hướng dòng xem phần công trình điều tiết chương

VII Trong phạm vi quạt bồi không được phép đào, đồng thời còn phải dự

tính được khả năng bồi cao sau này

Đối với việc thiết kế tĩnh không dưới cầu, cao độ vai đường, cao độ

đỉnh kè hướng dòng hoặc kè chắn nước đều phải dự trữ chiều cao bồi tích

cần thiết Độ dốc đáy sông dưới cầu phải bảo đảm khớp với thượng, hạ lưu

để thoát phù sa được dễ dàng

c Tính lưu lượng

Ở khu vực chảy tràn trước núi trong trường hợp thông thường đều

không có trạm thuỷ văn (Trạm thủy văn thường bố trí ở đoạn sông phía

thượng lưu cửa núi, hoặc ở đoạn sông phía hạ lưu chỗ các dòng nhánh hợp

lại) Mặt khác ở khu vực chảy tràn lan do dòng sông không theo quy luật

nào, mực nước tính toán hệ số nhám, độ dốc v.v đều rất khó định được

chính xác nên dùng phương pháp hình thái tính lưu lượng nước tràn sẽ rất

khó khăn

Muốn tìm lưu lượng tương đối chính xác có thể dùng biện pháp sau

đây: Tại hai vị trí ở cửa núi và đoạn sông ở hạ lưu phải thu thập tài liệu lưu

lượng thực đo nhiều năm đồng thời của các trạm thuỷ văn hoặc lưu lượng

tính toán bằng phương pháp hình thái, chấm đường cong quan hệ lưu lượng

tương ứng ở hai chỗ (xem đường cong OCF hình 5-6) Nói chung sau khi lũ

thoát qua cửa núi, đỉnh lũ truyền xuống phía dưới bị nhiều tổn thất như triết

giảm do nước tích, thẩm thấu vào lòng sông, mương tưới vào đồng ruộng

v.v nếu không có chi nhánh lớn đổ vào thì lưu lượng ở hạ lưu so với lưu

lượng ở thượng lưu thường nhỏ hơn

Những năm ít nước, lưu lượng ở hạ

lưu nhỏ hơn nhiều lần so với lưu

lượng ở thượng lưu Còn năm nhiều

nước thì lưu lượng dần dần tiến tới

bằng nhau Sau đó căn cứ vào lưu

lượng lớn nhất lịch sử thu thập được ở

cửa núi, xác định lưu lượng lớn nhất

tại vị trí cầu theo phương pháp triết

giảm lũ (tham khảo chương III)

B

0

C

F

45 o

E

QTL

QHL

Hình 5-6

Đem lưu lượng này chấm trên hình 5- 6 được điểm A, điểm này ở giữa đường 45o và đường cong OCF; AB/AC biểu thị tỷ số tổn thất lưu lượng ở cửa núi đến vị trí cầu với tổn thất lưu lượng giữa vị trí cầu đến mặt cắt hạ lưu Nếu AB/AC tìm được trên đồ thị khác nhiều so với tình hình thực

tế của tổn thất lưu lượng giữa thượng và hạ lưu vị trí cầu, có thể điều chỉnh

vị trí điểm A cho hợp lý

Cuối cùng giữa đường cong OCF và đường thẳng 45o vẽ đường cong nội suy OAD qua điểm A Tức là đường cong quan hệ giữa lưu lượng ở vị trí cầu với lưu lượng ở cửa núi Như vậy lưu lượng thiết kế ở vị trí cầu có thể theo lưu lượng cùng tần suất ở cửa núi, tra trên đường cong OAF

Khi vị trí cầu cách cửa núi rất gần, giữa khẩu độ cầu và cửa núi nối bằng kè bó dòng thì lưu lượng vị trí cầu có thể trực tiếp dùng lưu lượng ở cửa núi Khi vị trí cầu cách cửa núi tương đối xa và bố trí nhiều khẩu độ cầu, trước tiên theo phương pháp trên tìm tổng lưu lượng tính gộp các cầu, rồi dựa vào công thức sau tính lưu lượng mỗi cầu:

 





5 , 0

5 , 0

RI W

K I R C Q Q

C

i i i P i

(5-12) trong đó:

Qp: tổng lưu lượng thiết kế tính gộp các cầu, m3/s;

Qi: lưu lượng thiết kế mỗi cầu, m3/s;

K: hệ số tăng cường khi xét tới trị số phân phối lưu lượng không ổn định (phương pháp xác định xem 5.1);

Wi, Ci, Ri, Ii: là diện tích thoát nước, hệ số Sêdi, bán kính thuỷ lực và

độ dốc mặt nước của các cầu Việc xác định các yếu tố thuỷ lực này có thể dựa vào mặt cắt hình thái thẳng góc với lưu hướng và mực nước lũ lịch sử điều tra được để tính toán

Giữa 2 cầu có thể căn cứ vào chỗ địa hình lồi lõm trên mặt cắt làm đường phân giới lưu lượng Khi điều tra mực nước lũ lịch sử cần chú ý trên mặt nước có độ vồng hoặc độ dốc ngang, do đó phải tiến hành điều tra trên từng dòng nhánh, không nên chỉ lấy mực nước lũ điều tra tại 1 vị trí làm mực nước chung cho toàn mặt cắt

d Tính khẩu độ

Trước khi tính khẩu độ phải căn cứ vào lưu lượng thiết kế của các cầu tìm được theo công thức Sedi - Maning tính ra mực nước thiết kế Khi dùng

kè bó dòng nối liền khẩu độ cầu và cửa núi, chiều rộng lòng sông giữa khẩu

độ cầu và kè thắt nước không được bóp hẹp và cần dùng cầu tương đối rộng Nếu vị trí cầu cách cửa núi tương đối xa mà dùng phương án bắc nhiều cầu

có thể theo phương pháp tính khẩu độ nhiều cầu trên 1 sông ở Đ5.1 để xác định khẩu độ Khi tính cần chú ý: Nếu tuyến đường không thẳng góc với lưu hướng các dòng nhánh trước hết phải dựa vào mặt cắt phụ ở thượng lưu thẳng góc với lưu hướng để tính được khẩu độ cần thiết, sau đó xét chảy xiên mà xác định khẩu độ tại vị trí cầu Đồng thời từ mực nước tính toán ở mặt cắt thượng lưu, tìm ra mực nước thiết kế dưới các cầu theo độ dốc lòng sông

5.2.3 Sông ở vùng hồ ao, đầm lầy nội địa

a Miêu tả đặc trưng

Khu vực trũng nước nông có lau sậy… mọc um tùm gọi là vùng đầm lầy Khu vực trũng giữa có vũng nước sâu, không có cỏ mọc gọi là ao hồ Xung quanh ao hồ thường có rất nhiều dòng nhánh chảy vào Nói chung nước chứa trong hồ ao không chảy ra ngoài, nhưng có một số hồ ao khi mực nước lũ dâng cao tới mức nào đó thì chảy vào hồ ao thấp hơn cạnh đó hoặc tràn ra sông lớn

Sông nội địa khi chảy qua vùng núi thì có lòng sông sâu rõ ràng, tới vùng bằng phẳng, lòng sông rộng nông và uốn khúc, khi lũ nước chảy tràn lan, độ dốc thoải, lưu tốc và lưu lượng so với vùng núi giảm đi, nhưng khi dòng nước chảy vào khu vực ao hồ lòng sông mất đi, mặt nước rất rộng, độ dốc rất nhỏ, lưu tốc, lưu lượng cũng nhỏ hơn

b Xác định mực nước thiết kế

Nếu không có tài liệu quan trắc thuỷ văn, có thể tham khảo công thức (2 – 45)

c Xác định lưu lượng thiết kế

Khu vực hồ ao đầm lầy thường không có người ở, tài liệu của trạm thuỷ văn thiếu, điều tra mực nước lũ lịch sử lại rất khó khăn Do bãi sông rộng nên nếu mực nước chỉ sai một chút thì sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến lưu lượng Dưới đây giới thiệu một số phương pháp tính, khi ứng dụng nên đối chiếu lẫn nhau

 Phương pháp hình thái:

Tiến hành khảo sát hình thái tại chỗ cửa núi phía thượng lưu để xác định lưu lượng lớn nhất lịch sử Dựa vào trị số Cv, Cs của vùng đó tính đổi

thành lưu lượng theo tần suất thiết kế rồi dùng phương pháp triết giảm

truyền lũ (xem chương III), tính ra lưu lượng ở chỗ sông đổ vào hồ

Nếu điều kiện cho phép, đo mặt cắt hình thái cạnh bờ hồ và tính lưu

lượng để đối chiếu

 Phương pháp tính theo công thức Đ.L.Xôkôlôpxki

Sau khi điều tra và tính được lưu lượng lớn nhất lịch sử cửa núi rồi

xác định hệ số dòng chảy theo công thức:



f F H H

t Q

o T

l

278

, 0

.



(5-13)

Ý nghĩa các ký hiệu đã nêu trong công thức Đ.L.Xôkôlôpxki chương

II Từ hệ số dòng chảy của lũ lịch sử nói trên có thể tính đổi thành hệ số

dòng chảy tần suất lũ thiết kế theo công thức sau:

n

P







 '

(5-14) trong đó:

ap: hệ số dòng chảy khu vực tương ứng với tần suất lũ thiết kế, tra

bảng 2 - 11;

an: hệ số dòng chảy khu vực tương ứng với tần suất lũ lịch sử ,tra bảng

2 - 11

Căn cứ vào hệ số dòng chảy a’ tính lưu lượng ứng với tần suất thiết kế

chỗ cửa núi theo công thức Đ.L.Xôkôlôpxki

Cũng có thể tính lưu lượng ở cạnh hồ ao theo công thức

Đ.L.Xôkôlôpxki nhưng khi xác định trị số  dùng thời gian tập trung nước t

bằng công thức sau:

2 2 1

1

67 , 16

V

L V

L

t 











(5-15) trong đó:

LI, L2: chiều dài lưu vực từ đỉnh phân thuỷ tới cửa núi và từ cửa núi

tới mép hồ, km;

VI, V2: lưu tốc bình quân từ đỉnh phân thuỷ tới cửa núi và từ cửa núi

tới mép hồ, m/s;